アルミナイド系金属間化合物の三次元反応造形プロセスの構築

2003 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14205108
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 宮本 欽生 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (60107084)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 松浦 清隆 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (60142692) ; 池内 建二 大阪大学, 接合科学研究所, 教授 (10030058)
• Keywords: アルミナイド / 金属間化合物 / 自由造形 / 燃焼合成 / 反応被覆 / ラピッドプロトタイピング / TlG溶接 / 遠隔生産

Research Abstract

本研究は、耐熱性や耐食性に優れているが、難加工な高融点金属・合金やアルミナイド系金属間化合物、セラミックスを自由造形する新たなCAD/CAMプロセスを開発することと、IT技術との融合により遠隔生産システムを構築することを目的としている。初年度は、我々が独自に開発した反応性ラピッドプロトタイピング法により、ニッケルアルミナイド系金属間化合物の合成同時造形制御研究を行うととともに、その実績を元により信頼性の高い自由造形装置として3次元マイクロ溶接機(3DMW)を本科研費で開発・購入した。
本年度は、3DMWのCAD/CAMシステムを構築するとともに、チタン、ニッケル、タンタル等の高融点金属および金属間化合物のニッケルアルミやニッケルチタン、チタン鉄合金等の3次元自由造形に関する造形制御と組織制御研究を行い、CAD/CAMによるこれら材料の簡単な3次元造形物の試作に成功した。
本研究で開発した3DMW機では、3次元自由造形だけでなく、金属表面に対してセラミック被覆および金属間化合物被覆も実行できる。この観点からこれまでチタン表面への窒化チタン被覆およびニオブ表面への窒化ニオブ被覆制御研究を実施した。すなわち、シールドガスとして窒素を一定流量で被覆部に吹き付けながら、タングステン電極先端から微弱なアークを放電し、チタンおよびニオブの表面を局部的に溶融させると同時に、雰囲気窒素を反応させて、窒化物層を基材金属表面に形成した。窒化物層の厚さは電流値により自由に制御できた。これらの窒化物被覆層はいずれもきわめて優れた硬度と耐磨耗性および耐食性を有した。
以上、本年度は3DMW装置の基本動作制御と、各種高融点金属の自由造形およびセラミックス被覆に関する要素技術を確立した。来年度は、3DMW技術を実用レベルまで発展させ、遠隔生産システムの要素技術開発を行う予定である。

Research Products

• [Publications] Y.Miyamoto: "Process Control of Reactive Rapid Prototyping for Nickel-aluminides-II"Material Science and Engineering. A349. 292-297 (2003)
• [Publications] Y.Miyamoto: "Direct Slicing from AutoCAD Solid Models for Rapid Prototyping"The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 21. 739-742 (2003)
• [Publications] Kiyotaka Matsuura: "Aluminide Coating on Niobium by Arc Surface Alloying"Mater.Trans.. 44・5. 861-865 (2003)
• [Publications] Kiyotaka Matsuura: "Formation of Niobium Aluminide Layers on Niobium Plate by Arc Surface Alloying"Mater.Sci.Forum.. 423・425. 103-106 (2003)
• [Publications] 松浦 清隆: "ニオブ表面のアルミナイド被覆"2002年度傾斜機能材料論文集,未踏科学技術協会編. 42-47 (2003)
• [Publications] 松浦 清隆: "アーク表面溶融によるチタンの窒化物被覆"2002年度傾斜機能材料論文集,未踏科学技術協会編. 37-41 (2003)